Трансмембранные белки

Задание 1. База данных OPM.

Выбранный белок (с альфа-спиралями в трансмембранном пространстве): GDP-mannose transporter 1 (PDB)

Таблица 1. 5OGE

Толщина гидрофобной части белка в мембране	25,8 ± 0,2 Å
Координаты трансмембранных спиралей	Subunits: 2 A - Tilt: 8 - TM segments: 1( 23- 40), 2( 51- 72), 3( 84- 106), 4( 111- 128), 5( 140- 158), 6( 184- 202), 7( 214- 235), 8( 252- 273), 9( 278- 299),10( 306- 323) E - Tilt: 7 - TM segments: 1( 23- 40), 2( 51- 72), 3( 84- 106), 4( 111- 128), 5( 140- 158), 6( 184- 202), 7( 214- 235), 8( 252- 273), 9( 278- 299),10( 306- 323)
Среднее количество остатков в одной трансмембранной спирали	20,5
Положение	Трансмембранный в аппарате Гольджи

Выбранный белок (с бета-слоями в трансмембранном пространстве): Maltoporin (PDB)

Таблица 2. 2MPR

Толщина гидрофобной части белка в мембране	24,5 ± 1,0 Å
Координаты трансмембранных спиралей	Subunits: 3 A - Tilt: 3 - TM segments: 1(3-13),2(39-48),3(59-68),4(75-88),5(99-104),6(125-132),7(138-146),8(170-179),9(186-194),10(212-221),11(227-235),12(279-288),13(294-303),14(315-324),15(330-339),16(353-362),17(371-380),18(417-426) B - Tilt: 3 - TM segments: 1(3-13),2(39-48),3(59-68),4(75-88),5(98-104),6(125-132),7(138-146),8(170-179),9(186-194),10(212-221),11(227-235),12(279-288),13(294-303),14(315-324),15(330-339),16(353-362),17(371-380),18(417-426) C - Tilt: 2 - TM segments: 1(3-13),2(39-48),3(59-68),4(75-88),5(98-104),6(125-132),7(138-146),8(170-179),9(186-194),10(213-221),11(227-235),12(279-288),13(294-303),14(315-324),15(330-339),16(353-362),17(371-380),18(417-426)
Среднее количество остатков в одной трансмембранной спирали	9,78
Положение	Трансмембранный бета-бочонок наружной мембраны грамотрицательной бактерии

Задание 2. Анализ предсказания трансмембранных спиралей.

Сервис ТМНММ

На вход диалоговое окно запрашивает последовательность в FASTA формате, в нашем FASTA-файле записана информация о 8 субъединицах белка, в связи с чем ожидается 8 вариантов предсказания (8 картинок, для каждой субъединицы).
Ниже можно увидеть результаты:

# 5OGE:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE Length: 337
# 5OGE:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE Number of predicted TMHs:  9
# 5OGE:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE Exp number of AAs in TMHs: 195.48946
# 5OGE:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE Exp number, first 60 AAs:  27.48036
# 5OGE:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE Total prob of N-in:        0.34273
# 5OGE:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE POSSIBLE N-term signal sequence
5OGE:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE	TMHMM2.0	outside	     1    22
5OGE:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE	TMHMM2.0	TMhelix	    23    45
5OGE:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE	TMHMM2.0	inside	    46    51
5OGE:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE	TMHMM2.0	TMhelix	    52    74
5OGE:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE	TMHMM2.0	outside	    75    88
5OGE:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE	TMHMM2.0	TMhelix	    89   111
5OGE:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE	TMHMM2.0	inside	   112   115
5OGE:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE	TMHMM2.0	TMhelix	   116   138
5OGE:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE	TMHMM2.0	outside	   139   183
5OGE:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE	TMHMM2.0	TMhelix	   184   201
5OGE:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE	TMHMM2.0	inside	   202   221
5OGE:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE	TMHMM2.0	TMhelix	   222   241
5OGE:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE	TMHMM2.0	outside	   242   250
5OGE:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE	TMHMM2.0	TMhelix	   251   273
5OGE:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE	TMHMM2.0	inside	   274   279
5OGE:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE	TMHMM2.0	TMhelix	   280   302
5OGE:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE	TMHMM2.0	outside	   303   305
5OGE:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE	TMHMM2.0	TMhelix	   306   325
5OGE:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE	TMHMM2.0	inside	   326   337

Первая строчка несет информацию об имени и длине последовательности - А-субъединицы изучаемой структуры 5OGE. Вторая строчка - о количестве предсказанных трансмембранных альфа-спиралей (TMH - TransMembrane Helices); их у нас 9. Третья строчка говорит о предполагаемом количестве аминокислотных остатков, входящих в среднем в состав альфа-спирали. Четвертая строчка - ожидаемое количество аминокислотных остатков, входящих в состав трансмембранной альфа-спирали, из первых 60 аминокислот. В данном случае это число большое, поэтому, вероятно, N-конец является лидерным пептидом или какой-либо сигнальной последовательностью. Пятая строчка содержит инфрмацию о полной вероятности того, что N-конец белка расположен на внутренней стороне мембраны - в данном случае это 91,3%. Последующие строки сообщают о номерах аминокислотных остатков, располагающихся с наружной/внутренней стороны мембраны или непосредственно внутри.

Предсказанные "границы" не совпадают ни для одной альфа-спирали, в то время как кусок 5( 140- 158) вообще отсутствует и, таким образом, предсказано на одну трансмембранную альфа-спираль меньше. Среднее количество АО, в трансмембранных альфа-спиралях также очень сдвинуто и равно 21,76.
Таким образом алгоритм сработал не совсем точно, графическое изображение можно увидеть ниже:

По оси у отложена вероятность того или иного положения участка белковой молекулы, по оси х расположены аминокислотные остатки. Красным цветом показана трансмембранная локализация, розовым - наружняя, синим - внутренняя. Над графиком выделены самые лучшие предсказания, однако эти данные отличаются от днных БД, потому что строятся исходя из вероятности локализации каждого АО отдельно, в то время как референс учитывает структуру в целом.

Сервис Phobius

Выдача выглядит следующим образом (как и в случае с TMHMM, на вход подаем последовательнось в FASTA):

ID   5OGE:A|PDBID|CHAIN|SEQUENCE
FT   TOPO_DOM      1     51       NON CYTOPLASMIC.
FT   TRANSMEM     52     73       
FT   TOPO_DOM     74     84       CYTOPLASMIC.
FT   TRANSMEM     85    103       
FT   TOPO_DOM    104    108       NON CYTOPLASMIC.
FT   TRANSMEM    109    133       
FT   TOPO_DOM    134    144       CYTOPLASMIC.
FT   TRANSMEM    145    164       
FT   TOPO_DOM    165    183       NON CYTOPLASMIC.
FT   TRANSMEM    184    202       
FT   TOPO_DOM    203    213       CYTOPLASMIC.
FT   TRANSMEM    214    233       
FT   TOPO_DOM    234    252       NON CYTOPLASMIC.
FT   TRANSMEM    253    273       
FT   TOPO_DOM    274    279       CYTOPLASMIC.
FT   TRANSMEM    280    300       
FT   TOPO_DOM    301    305       NON CYTOPLASMIC.
FT   TRANSMEM    306    325       
FT   TOPO_DOM    326    337       CYTOPLASMIC.

Первая строка нечет информацию об имени (идентификаторе) последовательности - А-субъединицы. Вторая и последующие строка содержит информацию о границах цитоплазматического участка белковой последовательности. Интересующие нас участки находятся в полях TRANSMEM. Точно предсказаны "границы" только участка 6( 184- 202). Участка 1( 23- 40) и даже похожего на него в данном предсказании нет совсем. "Границы" совершенно не совпадают с TMHMM, в данном алгоритме они гораздо более точные. Среднее количество АО на спираль также отличается и равно 20,7, что практически совпадает с референсом.
Ниже можно увидеть выдачу Phobius:

По оси у отложена постериорная вероятность положения участка белка, по оси х - аминокислотные остатки. Cерым обозначена трансмембранная локализация, зеленым - цитоплазматическая, синим - "не цитоплазматическая", красным - сигнальный пептид.

Задание 3. База данных TCDB.

Белки из задания 1 в БД TCDB не были обнаружены, поэтому для примера расшифровки ТС-кода был взят трансмембранный белок Ammonia channel aka AmtB (PDB, TCID - 1.A.11.1.1).
1.A.11 - cемейство транспортеров аммониевого канала (Amt)
Белки семейства Amt различаются по размеру от 391 до 622 аминокислотных остатков и имеют 11 (N-конец; большинство членов) или 12 (N-конец) в трансмембранных альфа-спиральных доменов (TMS). AmtB E.coli представляет собой тример. По-видимому, он выполняет две функции: транспортирует NH4+ и регулирует метаболизм азота, напрямую взаимодействуя с регуляторными белками, такими как белок PII и его гомолог, GlnK (AmtB и GlnK образуют оперон, а GlnK регулирует активность AmtB).